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來(lái)源：鳳凰網(wǎng)科技 美國(guó)媒體周四發(fā)表文章，反思了美國(guó)在半導(dǎo)體發(fā)展過(guò)程中從領(lǐng)先到落后的原因，其中包括本土芯片巨頭英特爾的誤判。 以下是文章主要內(nèi)容： 這是一個(gè)史詩(shī)級(jí)的戰(zhàn)略失誤。 美國(guó)在半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的早期發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，這項(xiàng)技術(shù)已成為當(dāng)今人工智能(AI)革命的基石。然而，現(xiàn)在的格局是，一家荷蘭公司壟斷了半導(dǎo)體制造設(shè)備，亞洲制造商主導(dǎo)了生產(chǎn)。 極紫外光刻機(jī)(EUV)可以說(shuō)是目前世界上最重要的電子設(shè)備。它的問(wèn)世造就了后來(lái)的尖端芯片制造，實(shí)現(xiàn)了芯片處理能力的重大提升，為新一代AI工具鋪平了道路。OpenAI旗下ChatGPT、谷歌Gemini等AI平臺(tái)執(zhí)行的大量多層次計(jì)算，加快了通常由人類(lèi)完成的大量任務(wù)。EUV技術(shù)的獲取也成為了美國(guó)的國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全問(wèn)題。 不過(guò)，麻煩的是，只有一家公司在生產(chǎn)EUV光刻機(jī)：荷蘭的阿斯麥。每臺(tái)EUV光刻機(jī)有一輛公共汽車(chē)那么大，造價(jià)超過(guò)2億美元。迄今為止，阿斯麥已售出200多臺(tái)EUV光刻機(jī)，這讓它成為了歐洲最有價(jià)值的科技股，市值超過(guò)3500億美元。 
英特爾市值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于臺(tái)積電、英偉達(dá) 那么，美國(guó)是如何拱手讓出這一關(guān)鍵技術(shù)的控制權(quán)的呢？其中部分原因是，只有相對(duì)較少的芯片行業(yè)高管認(rèn)為EUV可行。另一個(gè)原因是：美國(guó)當(dāng)時(shí)的長(zhǎng)期芯片霸主、全球最大芯片制造商英特爾的誤判。 美國(guó)的先發(fā)優(yōu)勢(shì) 硅芯片由晶體管組成，后者本質(zhì)上是一系列柵極和開(kāi)關(guān)，構(gòu)成了現(xiàn)代計(jì)算中0和1的物理表現(xiàn)。為了使計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大，半導(dǎo)體工程師們一直在尋求把晶體管做得更小。上個(gè)世紀(jì)中葉發(fā)明的第一批晶體管大約有一厘米長(zhǎng)。而現(xiàn)在，它們只有幾納米寬，或者說(shuō)十億分之幾米。 在芯片制造的最初幾十年里，可見(jiàn)光被用來(lái)在硅上刻蝕圖案來(lái)制造晶體管，這一過(guò)程被稱(chēng)為光刻。隨后，行業(yè)才轉(zhuǎn)向紫外光。20世紀(jì)80年代，科學(xué)家們開(kāi)始想知道芯片制造如何才能達(dá)到接近原子的尺度水平，這要求他們保持創(chuàng)新的步伐。總部位于新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員開(kāi)始研究極紫外線技術(shù)，緊隨其后的是美國(guó)能源部的三個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室和桑迪亞實(shí)驗(yàn)室。美國(guó)能源部最終為這項(xiàng)研究投入了數(shù)千萬(wàn)美元。 隨著這些實(shí)驗(yàn)室在一些技術(shù)要素上取得進(jìn)展，他們意識(shí)到，要將極紫外線技術(shù)推向市場(chǎng)，行業(yè)支持是必不可少的。1997年，一家名為EUV LLC的公私合營(yíng)公司成立，它得到了美國(guó)公司英特爾、AMD和摩托羅拉的支持。最終，它的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，納入了光刻公司硅谷集團(tuán)和阿斯麥。阿斯麥也加入了歐洲的一個(gè)類(lèi)似EUV研究聯(lián)盟。 當(dāng)時(shí)，日本的尼康、佳能是光刻領(lǐng)域的巨頭。日本似乎是美國(guó)主導(dǎo)芯片制造領(lǐng)域的最大威脅。因此，美國(guó)不愿在下一代技術(shù)競(jìng)賽中幫助日本，而是支持硅谷集團(tuán)和阿斯麥。阿斯麥將全部精力都放在了EUV技術(shù)上，并在接下來(lái)幾年里試圖發(fā)揮其潛能。2001年，阿斯麥斥資11億美元收購(gòu)了硅谷集團(tuán) ，從而在EUV競(jìng)爭(zhēng)中獨(dú)當(dāng)一面。當(dāng)時(shí)，它預(yù)計(jì)EUV技術(shù)將在2006年具有商業(yè)可行性。 技術(shù)挑戰(zhàn) 但是，事實(shí)證明，阿斯麥的預(yù)期過(guò)于樂(lè)觀了。EUV技術(shù)非常復(fù)雜，其中涉及用高功率激光以每秒5萬(wàn)次的速度轟擊錫滴，使其產(chǎn)生能夠發(fā)射極紫外光的等離子體。由于極紫外光在地球上不會(huì)自然產(chǎn)生，它會(huì)被空氣吸收，這個(gè)過(guò)程必須在真空中進(jìn)行。然后，光被一系列鏡子聚焦，反射在一個(gè)掩膜版(reticle)上。掩膜版上面刻有電路圖案，能阻擋并吸收一些光。通過(guò)這種方式，電路圖案被刻蝕在晶圓上。
掩膜版的作用 鑒于這些設(shè)備的操作精度，由德國(guó)蔡司公司制造的鏡子必須要光滑得近乎不可思議：最大凸起只有一個(gè)原子那么高。阿斯麥表示，如果將鏡子比做一個(gè)國(guó)家，那么最高的凸起將只有1毫米高。而且，用激光轟擊熔錫也很棘手。它需要定期清理，這意味著有很多停機(jī)時(shí)間。這讓人很難想象光刻機(jī)是如何做到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的：半導(dǎo)體制造工廠幾乎需要每周7天、每天24小時(shí)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，才能證明數(shù)十億美元的建造成本是合理的。 直到2012年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)才開(kāi)始認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)可能是可行的。但是，它仍然需要注入大量資金。于是，阿斯麥求助其最大客戶(hù)：臺(tái)積電投資了14億美元，三星電子投資了9.74億美元，英特爾投資高達(dá)41億美元。當(dāng)時(shí)，這三家芯片制造商總共持有阿斯麥約四分之一的股票。 誤判的代價(jià) 這一招奏效了。2018年，阿斯麥開(kāi)始大量出貨EUV光刻機(jī)。盡管EUV技術(shù)的大部分早期工作都是在美國(guó)完成的，而且英特爾是阿斯麥的最大業(yè)內(nèi)支持者，但第一代機(jī)器沒(méi)有一臺(tái)是交付給英特爾的。 這并不是阿斯麥有意為之，而是英特爾的選擇。英特爾時(shí)任CEO科再奇(Brian Krzanich)當(dāng)時(shí)并不相信這項(xiàng)技術(shù)能夠達(dá)到在經(jīng)濟(jì)上可行的規(guī)模。他繼續(xù)押寶已有技術(shù)，直到他所看到的EUV問(wèn)題得到解決。當(dāng)時(shí)，他也有理由感到自信：英特爾在尖端芯片制造工藝方面一直領(lǐng)先于同行。 事實(shí)證明，這是一個(gè)誤判。臺(tái)積電使用EUV工藝的在2018年左右首次在技術(shù)上超過(guò)英特爾。臺(tái)積電做的是所謂的代工業(yè)務(wù)：蘋(píng)果、英偉達(dá)和AMD等客戶(hù)設(shè)計(jì)自己的芯片，然后委托給臺(tái)積電制造。
英特爾制造工藝被臺(tái)積電甩開(kāi) 與此同時(shí)，英特爾替代EUV的“多圖案”芯片光刻技術(shù)無(wú)法可靠地工作。當(dāng)英特爾將工藝微調(diào)到可以大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，臺(tái)積電和三星已經(jīng)在生產(chǎn)更先進(jìn)的半導(dǎo)體了。 技術(shù)上的落后對(duì)美國(guó)產(chǎn)生了更深層次的影響，因?yàn)榕_(tái)積電還向華為等中國(guó)公司供貨。從2019年開(kāi)始，EUV技術(shù)制造的芯片被搭載在華為智能手機(jī)上。這么一來(lái)，一項(xiàng)部分由美國(guó)資本資助、部分基礎(chǔ)研究在美國(guó)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的技術(shù)，似乎可能會(huì)讓它的對(duì)手受益。于是，美國(guó)開(kāi)始施壓荷蘭政府，阻止阿斯麥向中國(guó)出售EUV光刻機(jī)。 亡羊補(bǔ)牢 現(xiàn)在，英特爾仍在為當(dāng)初的誤判而痛苦。 帕特·基辛格(Pat Gelsinger)在2021年接任英特爾CEO，他在今年4月表示：“我們當(dāng)初采取了很多措施來(lái)避免對(duì)EUV的需求，但正如你所看到的，這導(dǎo)致我們?cè)诠β省⑿阅堋⒚娣e和成本方面落后了。” 股市表現(xiàn)也說(shuō)明了這個(gè)錯(cuò)誤的嚴(yán)重程度。早在2012年投資阿斯麥時(shí)，英特爾的市值是英偉達(dá)的15倍，幾乎是臺(tái)積電的兩倍。現(xiàn)在，它的市值已無(wú)法和這兩家公司相提并論：英特爾現(xiàn)在的市值為1640億美元，而臺(tái)積電的市值達(dá)到了6500億美元，英偉達(dá)的市值更是沖到了2.2萬(wàn)億美元。這在很大程度上是因?yàn)橛⑻貭枦](méi)有采用EUV技術(shù)。 如今，基辛格正急于確保自己不會(huì)重蹈前任的覆轍。英特爾正在大力支持下一代EUV技術(shù)：高數(shù)值孔徑(High NA)，這種技術(shù)使用新的光學(xué)系統(tǒng)將光線聚焦到一個(gè)更小的點(diǎn)。英特爾已經(jīng)在俄勒岡州的一個(gè)工廠安裝了第一個(gè)預(yù)生產(chǎn)模型。 |
